Linux 如何为其物理分配器分配内存？

Question

我最近在研究Linux的内存管理细节，因为我想为我自己的玩具内核实现类似的东西，所以我希望熟悉细节的人能帮助我理解一样东西。显然，物理内存管理器是一种伙伴算法，它进一步专门用于 return 个特定顺序的页面块（0 到 9，其中 0 只是一个页面）。对于每个订单，块都存储为链表。比如说，如果请求了一个 5 阶块，但在 5 阶块列表中找不到，该算法将搜索 6 阶块，将其分成两部分，给出请求的一半并将另一半移动到较低的顺序（如它是一半大小）。我不明白内核是如何存储这些结构的，或者它是如何为它们分配 space 的。因为对于 order 0 页面，您需要 1M 条目（每个条目都是 4KiB 页面），这是否意味着内核分配 1MiB * sizeof(struct page)？ 1 阶及以上的块呢？内核是否通过将分配的块标记为高阶来重用它们，并且当它需要将其分成两部分时，只需 return 块并获得一个未使用的块？

Answer 1

What I don't get is how the kernel stores these structures, or how it allocates space for them. Since for order 0 pages you would need 1M entries (each is a 4KiB page), does it mean that the kernel allocates 1MiB * sizeof(struct page)?

区域的初始化通过调用 paging_init() (arch/x86/mm/init_32.c; some descriptions - https://www.kernel.org/doc/gorman/html/understand/understand005.html 2.3 Zone Initialisation and http://repo.hackerzvoice.net/depot_madchat/ebooks/Mem_virtuelle/linux-mm/vminit.html Initializing the Kernel Page Tables) from setup_arch() via (native_pagetable_init() 和间接调用 1166 x86_init.paging.pagetable_init();):

690 /*
691  * paging_init() sets up the page tables - note that the first 8MB are
692  * already mapped by head.S.
...*/
697 void __init paging_init(void)
698 {
699         pagetable_init();
...
711         zone_sizes_init();
712 }

pagetable_init() 在 1024 pgd_t 的 swapper_pg_dir 数组中创建内核页表。

zone_sizes_init() actually defines zones of physical memory and calls free_area_init_nodes() to initialize them with actual work done (for each NUMA node for_each_online_node(nid) {...}) in free_area_init_node() 调用三个函数：

calculate_node_totalpages() 打印 dmesg
alloc_node_mem_map() does actual job of allocating struct page for every physical page in this node; memory for them is allocated by bootmem allocator doc1 doc2（你可以通过 bootmem_debug=1 内核启动选项查看它的调试）：

4936 size = (end - start) * sizeof(struct page);

4937 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);

if (!map) map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);

free_area_init_core() (with filling of bitmaps in struct zone). Functionality of free_area_init_core described for older kernels in http://repo.hackerzvoice.net/depot_madchat/ebooks/Mem_virtuelle/linux-mm/zonealloc.html#INITIALIZE 为：

free_area_init_core() The memory map is built, and the freelists and buddy bitmaps initialized, in free_area_init_core().

初始化每个区域中订单的空闲列表，并将订单标记为没有任何空闲页面：free_area_init_core() -> init_currently_empty_zone() -> zone_init_free_lists:

4147 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4148 {
4149         unsigned int order, t;
4150         for_each_migratetype_order(order, t) {
4151                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4152                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4153         }
4154 }

PS: 内核中有是 init()，它叫做start_kernel()，LXR(Linux交叉引用)将帮助您在功能之间导航（我发布了指向 lxr.free-electrons.com 的链接，但有几个在线 LXR）：

501 asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
...
528         boot_cpu_init();
529         page_address_init();
530         pr_notice("%s", linux_banner);
531         setup_arch(&command_line);

Linux 如何为其物理分配器分配内存？

How does Linux allocate memory for its physical allocator?

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